Лабораторная работа № 4 определение оптимальной дозы коагулянта для объемной коагуляции взвешенных примесей шахтных вод

Цель работы - овладеть стандартной методикой определения оптимальных доз коагулянтов при очистке шахтных вод от взвешенных веществ отстаиванием.

Теоретические основы работы

Сокращение времени отстаивания и достижение эффективной степени очистки воды достигается путем применения реагентов – коагулянтов и флокулянтов

Коагуляция - это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. В процессах очистки вод коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ – коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидратов оксидов металлов, которые имеют слабый положительный заряд. В то же время тонкодисперсные взвешенные частицы, находящиеся в воде, имеют слабый отрицательный заряд. В момент образования хлопьев захватываются взвешенные в воде частицы и частично бактерии. Хлопья вместе с захваченными взвесями быстро оседают под действием силы тяжести, вода осветляется. Процесс гидролиза коагулянтов и образования хлопьев происходит по следующим стадиям:

Me³⁺ + HOH Me(OH)²⁺ + H⁺

Me(OH)²⁺ + HOH Me(OH)₂⁺ + H⁺

Me(OH)₂⁺ + HOH Me(OH)₃ + H⁺

Me³⁺ + 3HOH Me(OH)₃ + 3H⁺

В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси. Выбор коагулянта зависит от его состава, физико-химических свойств и стоимости.

Из солей алюминия в качестве коагулянтов используют сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃18H₂O; алюминат натрияNaAlO₂; оксихлорид алюминияAl₂(OH)₃Cl; квасцы алюмокалиевыеKAl(SO₄)₂12H₂O. Из этих соединений наиболее распространен сульфат алюминия, который эффективен в интервале значений рН 5-7,5. Он хорошо растворим в воде, имеет относительно низкую стоимость.

Из солей железа в качестве коагулянтов используют сульфаты железа: Fe(SO₄)₃ 2H₂O , Fe₂(SO₄)₃ 3H₂O , FeSO₄ 7H₂O, а также хлорное железоFeCl₃. Наибольший эффект осветления имеет место при использовании солей трехвалентного железа. Образование хлопьев протекает по реакциям:

FeCl₃ + 3H₂O Fe(OH)₃ + 3HCl

Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O 2Fe(OH)₃ + 3H₂SO₄

Оптимальная доза коагулянта зависит от его вида, содержания взвешенных и коллоидных примесей в воде, их дисперсности, температуры и рН воды. Определяется путем пробного коагулирования проб испытуемой воды.

Материальное обеспечение работы

1. Цилиндр мерный на 1 л - 10 шт.

2. Секундомер - 1шт.

3. Пипетка градуированная на 100;50;25;10;2 мл - 5 шт.

4. Воронка стеклянная - 5 шт.

5. Сосуды для раствора реагента на 200 мл - 1 шт.

6. Мешалка ручная – 1 шт.

7. Сифон - 1шт.

8. Все оборудование лабораторной работы №1.

9. 1%-ный раствор сернокислого алюминия - 100 мл.

Порядок выполнения работы

1. С помощью прибора КФК-2 или весовым способом определить исходную концентрацию взвешенных веществ в исследуемой воде.

2. Последовательно залить в 6-10 мерных цилиндров до верхней метки исследуемую воду.

3. В каждый цилиндр ввести одну из испытуемых доз коагулянта. Объем вводимого в цилиндр раствора реагента в мл рассчитывается по формуле:

= , (4.1)

где- заданная (в соответствии с нормативными положениями) доза реагента, мг/л;

- объем воды в цилиндре, л;

- заданная ( в соответствии с нормативными положениями) концентрация раствора реагента, %.

4. После введения реагентов произвести перемешивание коагулянта с водой десятикратным опрокидыванием закрытых пробками цилиндров или мешалкой.

5. В каждом цилиндре отмечается наличие хлопьеобразования, количество осадка после 60 – минутного отстаивания и его характер, фиксируется время завершения процесса реагентной обработки.

6. После 60 – минутного отстаивания из каждого цилиндра сифоном с глубины, на 5 см превышающей верхнюю границу осадка, отбирается проба воды, в которой с помощью прибора КФК-2 или весовым способом определяется концентрация взвешенных веществ.

7. Данные наблюдений заносятся в следующую таблицу